钻石是最硬的，如果将钻石切割成像筷子一样的小条，用手可以掰断吗？ 第1页

你们觉得你们在知乎上都能想到这个问题，科学家们会没有想到过？当然了，科学家们不会对这种看似好笑的问题嗤之以鼻。他们会问自己，我们真的知道答案吗？如果不知道，那我们是不是该做个实验呢？所以呢，科学家们早就做过掰钻石的实验了。

（图片来源：Davies, A. R., Field, J. E., & Pickles, C. S. J. (2003). Strength of free-standing chemically vapour-deposited diamond measured by a range of techniques.Philosophical Magazine, 83(36), 4059-4070.）（作者是剑桥大学卡文迪许实验室的）

注意，是真的「掰」，而不是「砸」或者「摔」。用科学的语言说，那就是「掰」钻石是静力或者拟静力弯曲加载，应变的变化率（strain rate）很低；「砸」或者「摔」钻石则是动力冲击试验，应变的变化率非常非常高。这两者完全不能混为一谈。

从试验结果就能很明确的看到这一点，从开始加载到最终被掰断，整个过程持续了大约700秒，也就是11分钟，这是真正的慢慢慢慢的「掰」断。拿锤子砸或者往地上摔，整个过程的时间要以毫秒来度量，不能叫做「掰」。实际上，这个试验的加载速率是每分钟0.02毫米，这样的加载速度，肉眼已经几乎看不出试验机在动了。

当然，在科学家的掰钻石的实验里，钻石的尺寸并没有筷子那么大。我刚量了我家的筷子，长度大概20厘米，截面尺寸大概是0.5厘米见方，这样的一根筷子如果是钻石的，按3.52的相对密度，换算下来差不多要足足100克拉。如果您土豪到可以拿100克拉的钻石做实验，那悉听尊便。

在上面这个实验里，钻石试件的尺寸是 18x1.96x0.36 毫米，三点弯曲试验，两边简支，支座间距为10毫米，中间加载集中力，最终破坏时的力大约为7牛顿。换算成应力，对于60多个不同的钻石样品，钻石的强度为450兆帕到1000兆帕之间。

450 兆帕是什么概念呢？你家房子用的混凝土抗压强度大概在30兆帕左右，你家房子里的钢筋的强度是300兆帕到400兆帕左右，很多汽车上用的高强度钢材的强度大概在500兆帕左右，大家津津乐道的超级材料钛合金的强度不过也就1000兆帕左右。

这位看官说了，什么？你的意思是钻石比钢材都结实？甚至已经赶上钛合金了？我并没有这么说，科学家们也没有这么说。科学家们说的是：截面尺寸1.96x0.36 毫米的钻石静力加载条件下受弯，强度是450兆帕。至于跟筷子一样粗的钻石、乃至跟钢筋一样粗的钻石的强度是多少，不知道，因为没有人做过实验，甚至可能都没有人做过那么大的钻石。

这位看官又说了，不对吧？细的钻石和粗的钻石，强度难道不一样？没错，真的不一样。虽然没有人测试过足够大的钻石，但是我们知道有很多材料的性质很接近钻石，比如玻璃，同样是非金属脆性材料，硬度同样很高，断裂韧性同样很差。玻璃不像钻石那么贵，所以我们可以从玻璃这里得到很多实验结果。

对于一大块普通的玻璃，实际测得的强度大概是70兆帕到100兆帕左右。事实上，普通玻璃之所以在70兆帕左右的时候会破坏，主要的原因是玻璃生产加工中产生的各种微小的瑕疵。如果采用更先进的工艺，把瑕疵控制的尽可能的低，玻璃的强度可以达到500兆帕。把这种高强度的玻璃制成纤维，也就是我们常说的玻璃纤维，而玻璃纤维制成的GFRP也就是我们俗称的「玻璃钢」，比如有些撑杆跳运动员的杆子、很多桥梁的加固构件就都是玻璃纤维制成的。单根玻璃纤维的实测强度甚至可以达到4000兆帕。如果你排除一切外部干扰，用最好的玻璃纤维，把它放在液氮里，然后再加载测试，得到的强度将会达到17000兆帕，几乎等于根据原子理论计算出来的强度极限值。

所以说，虽然都是同一种材料，同样的玻璃，同样的钻石，但是实际样品的大小不同，它们的强度也会不同。对于钻石来说，科学家们已经知道对于截面1.96x0.36 毫米的钻石的强度。至于像筷子一样粗的钻石究竟如何，那可能还得做更多的实验。

不管怎么说，这是个很有意思的问题，我们现在已经有了碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维，说不定将来科学家们还可以造出钻石纤维呢。

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